Шмели в действии: робот-насекомое сможет опылять растения и проводить разведку
Российские ученые разработали алгоритм, который воспроизводит особенности полета шмеля для мини-роботов с машущими крыльями. Это новшество позволяет дрону сохранять устойчивость даже при сильных порывах ветра. Технология может быть использована для различных задач, включая опыление растений и проведение разведки. Эффективность алгоритма подтверждена с помощью виртуальной модели. Однако для практического применения необходимо решить ряд инженерных задач, в том числе разработать компактный и легкий источник питания с достаточным запасом энергии. Об этом пишет сайт Известия.
Ученые из МФТИ и Сколтеха создали алгоритм стабилизации полета для миниатюрных роботов с машущими крыльями, который копирует полет шмеля, обеспечивая устойчивость дронов даже при сильных порывах ветра. Благодаря этой технологии устройства смогут выполнять сложные задачи, такие как проникновение в завалы после катастроф, опыление растений в теплицах и разведка. Устойчивость была подтверждена в испытаниях на цифровой модели.
— Если разработка заинтересует потенциальных заказчиков, мы сможем создать прототип мини-БПЛА за полгода. У китайских разработчиков есть аналогичный прототип, но его устойчивость в полете ниже. Для полноценного аппарата необходимо решить несколько технических задач, включая создание легкого источника питания, — отметил доцент кафедры информатики и вычислительной математики МФТИ Николай Ефанов.
Шмели являются одними из самых маневренных насекомых, способных мгновенно зависать в воздухе и выполнять резкие маневры. Секрет их маневренности заключается в вихревой аэродинамике, создающей подъемную силу при каждом взмахе крыльев.
Однако машущий полет остается неустойчивым. Нервная система шмеля обрабатывает сигналы от органов чувств и корректирует движения крыльев, что отсутствует в роботах, что приводит к потере устойчивости при порывах ветра.
В ходе исследования был разработан алгоритм стабилизации полета для мини-роботов, а также вычислительная среда для тестирования систем управления в условиях порывистого ветра. Система стабилизации управляет амплитудой взмаха, средним положением траектории и углом поворота крыла. Алгоритм рассчитывает изменения этих параметров для сохранения скорости полета и быстрого восстановления устойчивости после внешнего воздействия.
Эффективность алгоритма была проверена в цифровой аэродинамической трубе, где виртуальный шмель успешно справлялся с сильными вертикальными порывами ветра. Новый алгоритм стабилизировал полет даже при ударах, превышающих вес управляемого объекта. Время стабилизации составило от трех до шести секунд.
— Наш метод позволяет роботу сохранять устойчивый полет в широком диапазоне условий, что особенно важно для микроустройств, работающих в сложных условиях, — добавил Николай Ефанов.
Стабильность, достигнутая на основе аэродинамики шмеля, является важным шагом к созданию полезного микроробота, отметил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев. Устойчивый полет повышает шансы на успешное выполнение задач в реальных условиях.
— У таких дронов широкий диапазон применения, особенно в узких или опасных пространствах. Более крупные крылатые роботы могут решать задачи мониторинга и переносить тяжелую нагрузку, а маленькие версии подходят для разведки в ограниченных пространствах, — добавил он.
Идея робошмеля открывает множество вариантов применения, от точечной работы до более серьезных сценариев, подчеркнул эксперт.
Аэродинамика насекомых для создания БПЛА описана слабо, поэтому работа специалистов МФТИ имеет высокую научную ценность, отметил главный конструктор ЦКБР Дмитрий Кузякин.
— Предел миниатюризации квадрокоптеров составляет три дюйма, при меньших размерах эффективность снижается. Применение аэродинамики шмеля в дроне затруднено из-за отсутствия компактного источника питания, — добавил он.
Даже с новыми источниками энергии остается задача размещения производительной системы искусственного интеллекта на борту.
